Узловые опоры

Структурная система передает свои нагрузки через опоры на фундаменты. Без опоры все узлы были бы свободными и не ограничивались бы в своих перемещениях и поворотах. Чтобы узел действовал как опора, необходимо блокировать хотя бы одну из степеней свободы или ограничить ее пружиной. Кроме того, узел должен быть частью поверхности или стержня.

Принудительные деформации узла возможны только для соответствующим образом опорных узлов.

Если вы хотите назначить нелинейные свойства узловой опоры, вы можете определить критерии отказа для растягивающих или сжимающих сил, разрыва и течения, а также рабочие и жесткостные диаграммы.

Символ имени пользовательской узловой опоры обозначает удерживаемые степени свободы. Следующие типы опор предварительно определены:

• Шарнирный
• Жесткий
• Смещаемый
• Смещаемый в X'
• Смещаемый в Y'

База

Вкладка База управляет основными параметрами опор.

Координатная система

Каждая узловая опора имеет локальную координатную систему. Она по умолчанию ориентирована параллельно глобальным осям X, Y и Z. Если вы создали пользовательскую координатную систему или определили ее с помощью кнопки , вы также можете использовать эту систему отсчета.

Условия хранения

Условия хранения разделены на 'Трансляционные' и 'Ротационные' степени свободы. Первые описывают опоры в направлении осей опоры, вторые — зажимы вокруг этих осей.

Чтобы определить поддержку или зажим, отметьте галочку для соответствующей оси. Птичка символизирует, что степень свободы заблокирована и перемещение или вращение узла в или вокруг соответствующего направления невозможно.

Если поддержка или зажим отсутствуют, удалите галочку для соответствующей оси. Константа линейной или крутной пружины будет равна нулю. Вы можете в любой момент изменить 'постоянную жесткости пружины', чтобы смоделировать эластичную опору узла. Введите жесткости пружины как расчетные значения.

В столбце 'Нелинейность' вы можете целенаправленно управлять передачей внутренних усилий для каждой компоненты. В зависимости от степени свободы доступны соответствующие записи в списке нелинейностей.

Нелинейно действующие опоры отображаются на графике другим цветом.

Отказ, если сила/момент отрицательны или положительны

Так вы можете просто контролировать, может ли опора воспринимать только положительные или отрицательные силы и моменты: Если сила или момент действуют в запрещенном направлении, то эта компонента опоры отказывает. Оставшиеся удержания и зажимы остаются в силе.

Направления 'отрицательное' и 'положительное' относятся к силам или моментам, которые прикладываются к узловой опоре относительно соответствующих осей (т.е. НЕ к реакционным силам со стороны опоры). Знаки зависят от направления глобальных осей: Если, например, глобальная ось Z направлена вниз, то случай нагрузки "Собственный вес" приводит к положительной опорной силе P_Z.

Отказ всех элементов, если сила/момент отрицательны или положительны

В отличие от вышеописанного отказа отдельной компоненты, опора полностью отказывает, как только любая компонента становится неэффективной.

Если вы выберете другую нелинейность, вы можете определить параметры на вкладках Частичное действие, Диаграмма или Трение.

Опции

С помощью флажков этого раздела вы можете назначить дополнительные свойства узловой опоре. В зависимости от выбора будут добавлены вкладки Специфическое направление или Жесткость посредством фиктивной стойки. Если аддон 'Бетонное проектирование' активен, доступно еще одно поле для определения Размеры опоры.

Специфическое направление

Вкладка Специфическое направление предоставляет возможность повернуть опору. Вам не нужно создавать пользовательскую координатную систему.

Тип направления

Для ориентации опоры доступны несколько вариантов: Вы можете повернуть опору относительно осей X', Y' и Z', направить ее на один или два узла, либо расположить параллельно стержню или линии. Для выбора объектов вы можете воспользоваться кнопкой и выбрать их графически.

Жесткость посредством фиктивной стойки

Вкладка Жесткость посредством фиктивной стойки рекомендуется особенно для точечных опор 2D-структур. Здесь вы можете определить жесткости пружины опоры из параметров стойки, которая не представлена в модели. Поскольку точечная опора воспроизводит условия на уровне головки стойки только в ограниченной степени, доступны специальные макроэлементы для стойки. На основе граничных условий RFEM определяет жесткости пружины опоры. Это позволяет моделировать реальные условия без сингулярных эффектов, которые возникли бы при жесткой опоре в одном единственном конечном элементе.

Параметры

В качестве 'Модели опоры' доступны три подхода. Они символически представлены на графике диалога.

• В модели 'Основы по поверхности' вырезается область в размерах стойки и эластично основания. Коэффициенты основания вычисляются из геометрических и материальных данных стойки.
• В модели 'Эластичное узловое основание' эта область вырезается и поддерживается в точке. Опора оснащена линейными и крутильными пружинами, которые определяются из геометрических и материальных данных стойки. Для учета большей изгибной жесткости в зоне стойки площадка удваивается внутренне.
• Модель 'Узловое основание с адаптированной СЭ-сеткой' соответствует эластичному узловому основанию, но пружины в точечные опоры не применяются.

Введите данные о стойке, которые необходимы для определения жесткости пружин. Геометрия 'Головки стойки' может быть описана как прямоугольная или круглая, с вращением стойки по вашему выбору.

'Высота стойки' влияет на константы линейных и крутильных пружин.

Сечение и материал стойки

Для определения жесткости пружин требуются характеристики сечения и материала стойки. Если стойка не 'идентична с головкой стойки' (т.е. ни прямоугольная, ни круглая), вы можете выбрать или создать необходимое сечение стойки из списка.

Выберите 'Материал стойки' из списка. С помощью кнопок и вы можете создать новый материал.

Условия стойки

Тип опоры на головке и основании стойки влияет на определение линейных и крутильных пружин. В списке доступны следующие варианты:

• Шарнирный
• Упругий
• Жесткий

При выборе 'Упругий' вы можете указать степень зажима на основании стойки в процентах.

'Поперечная жесткость' стойки учитывается при определении жесткости по умолчанию.

Пружины опоры вследствие фиктивной стойки

В этом разделе перечислены константы пружин опоры, которые вычислены из геометрических и материальных характеристик стойки. Значения передаются на вкладку 'База'.

Размеры опоры

Размеры опоры необходимы для определения площади приложения нагрузки при проверке пробоя. Эта вкладка доступна только тогда, когда аддон Бетонное проектирование активирован.

Определите для каждой компоненты трансляционной опоры 'Тип', который описывает форму области опоры - прямоугольную или круглую. Затем вы можете определить геометрию опоры через длины или диаметр в остальных столбцах.

Частичное действие

Частичное действие компонента опоры доступно как нелинейное свойство опоры (см. изображение Выбор нелинейности опоры).

Определите действие опоры для 'Отрицательной области' и для 'Положительной области'. Правило знаков объясняется в разделе Отказ. В списке 'Тип' доступны различные критерии эффективности опоры на выбор.

• Полное: Компонент опоры полностью действует.
• Фиксизация с момента смещения/поворота опоры: Жесткость линейной или крутильной пружины действует только до определенного смещения или поворота. При превышении становится применимой жесткая опора или зажим.
• Разрыв с момента силы/момента: Опора действует только до определенной силы или момента. При превышении опора отказывает.
• Течение с момента силы/момента: Опора действует только до определенной силы или момента. При превышении удлинения увеличиваются, но не напряжения.
• Отказ: Компонент опоры не действует.

Большинство типов опор с нелинейностью можно сочетать со 'скольжением', при котором опора начинает действовать только после определенного смещения или поворота.

Диаграмма

Диаграмма компонента опоры доступна как нелинейное свойство опоры (см. изображение Выбор нелинейности опоры).

Определите в столбце 'Смещение' или 'Поворот' количество точек определения рабочей диаграммы с соответствующими значениями. В столбце 'Сила' или 'Момент' вы затем можете назначить значения смещений или поворотов опорным силам или моментам.

Для 'Начала диаграммы' и 'Конца диаграммы' доступны следующие критерии:

• Разрыв: Опора действует только до максимального значения силы или момента. При превышении опора отказывает.
• Течение: Опора действует только до максимального значения силы или момента. При превышении удлинения увеличиваются, но не напряжения.
• Непрерывно: За пределами области определения применяется константа пружины последнего шага.
• Ограничение: Допустимое смещение ограничивается максимальным значением смещения или поворота. При превышении становится применимой жесткая опора или зажим.

Диаграмма жесткости

Диаграмма жесткости компонента опоры доступна как нелинейное свойство ротационной опоры.

Сначала выберите в списке 'Жесткость зависит от' (внизу вкладки) компоненту силы опоры, от которой зависит жесткость пружины. Опция |P| представляет собой результирующую опорную силу.

Затем определите в столбце 'Сила' количество точек определения рабочей диаграммы с соответствующими значениями. В столбце 'Пружина' вы затем можете назначить соответствующие константы пружины.

Для 'Начала диаграммы' и 'Конца диаграммы' доступны следующие критерии:

• Разрыв: Опора действует только до максимального значения силы. При превышении опора отказывает.
• Течение: Опора действует только до максимального значения силы. При превышении удлинения увеличиваются, но не напряжения.
• Непрерывно: За пределами области определения применяется константа пружины последнего шага.

Трение

В списке 'Нелинейность' доступны четыре варианта для определения Трения трансляционной опоры в зависимости от другой компоненты опоры (см. изображение Выбор нелинейности опоры).

Передаваемые усилия опоры соотносятся с силами сжатия, действующими в другом направлении. В зависимости от выбора на вкладке 'База', трение зависит только от одной опорной силы или от общей силы двух одновременно действующих опорных сил. Между опорной силой и силой трения существует следующая зависимость:

ЧЗВ 003537 объясняет, как учитывать трение на узловой опоре.

Следующая модель стойки показывает опору, в которой горизонтальные силы воспринимаются через трение. Горизонтальные силы не могут превышать 10 % от вертикальной силы. В случае нагрузки 1 это условие выполнено. В случае нагрузки 2 модель становится неустойчивой, так как горизонтальная нагрузка слишком велика.

Строительный шарнир

Строительный шарнир доступен как нелинейное свойство опоры для ротационных степеней свободы φ_X и φ_Y. Это позволяет определять опоры для временных конструкций, таких как строительные леса или опоры.

На вкладке 'Строительный шарнир' вы можете определить M-φ рабочую диаграмму. Параметры подробно описаны в продуктовой функции Строительная опора.